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GaN 屬于第三代半導(dǎo)體材料（又稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料）。GaN 的禁帶寬度、電子飽和遷移速度、擊穿場強和工作溫度遠遠大于 Si 和 GaAs，具有作為電力電子器件和射頻器件的先天優(yōu)勢。目前第三代半導(dǎo)體材料以 SiC 和 GaN 為主。相較于 SiC，GaN 材料的優(yōu)勢主要是成本低，易于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。盡管耐壓能力低于 SiC 器件，但優(yōu)勢在于開關(guān)速度快。同時，GaN 如果配合 SiC 襯底，器件可同時適用高功率和高頻率。

GaN 、GaS 和LDMOS 性能比較

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

半導(dǎo)體材料的發(fā)展主要體現(xiàn)在三個方面：1）襯底及外延材料向大直徑發(fā)展；2）材料質(zhì)量和器件性能的提升；3）成本和價格的下降推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在襯底方面，日本多家公司已在出售 2~3 英寸 GaN 襯底；在外延片方面，4~6 英寸 Si 襯底 GaN 外延片的材料已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)。

在電力電子器件方面，目前 Si 襯底上 GaN 電力電子器件產(chǎn)品的耐壓為 600V，實驗室耐壓已經(jīng)超過 2000V，達到了市電應(yīng)用要求，展現(xiàn)出巨大的實用潛力。

一、GaN 供給

氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈基本包括襯底、外延片、器件制造等環(huán)節(jié)，其中硅基襯底主要供應(yīng)商有德國 Siltronic、日本 Sumco、日本 Shin-Etsu 等企業(yè)，而日本的NTT-AT、比利時的 EpiGaN 和英國的 IQE 等則是硅基 GaN 外延片的主要供應(yīng)商。部分廠商則在產(chǎn)業(yè)鏈上延伸，同時生產(chǎn)外延片及器件制造，例如 Episil、Bridg、Fujitsu 等。目前主流氮化鎵生產(chǎn)廠家依舊集中在歐洲國家及日本等，我國企業(yè)尚未進入供給端第一梯隊。下面僅簡單介紹以生產(chǎn)外延片為主的幾家主流供應(yīng)商。

1、NTT-AT

NTT 尖端科技株式會社成立于 1976 年，總部位于日本。公司目前生產(chǎn)可用于大功率集成電路及高頻率通信領(lǐng)域的高品質(zhì)氮化鎵外延片。公司氮化鎵外延片因高擊穿電壓、低漏電流和出色的 2DEG 特性而聞名，從而被優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體廠商所采用。公司 2018 財（2018 年 4 月-2019 年 3 月）實現(xiàn)收入 561.95 億日元，實現(xiàn)凈利潤 24.24億日元。

2、EpiGaN

公司成立于 2010 年，總部位于比利時東部哈瑟爾特市，是全球最大的微電子產(chǎn)學(xué)研中心之一 IMEC 的衍生公司。公司可提供 4、6 英寸氮化鎵外延晶圓，廣泛用于 5G 通訊、高效電力電子、射頻功率、傳感器等領(lǐng)域。目前公司已經(jīng)率先實現(xiàn)了 8英寸硅基氮化鎵磊晶圓工業(yè)量產(chǎn)，生產(chǎn)工藝處于行業(yè)先進水平。

3、DOWA

公司成立于 1884 年，目前面向尖端電子設(shè)備的需求進行開發(fā)，提供差異化半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電材料及磁性材料。目前公司從事氮化鎵外延片生產(chǎn)，通過使用專利緩沖層在氮化鎵外延片上實現(xiàn)了高電壓電阻和良好的平整度。下游主要應(yīng)用于功率半導(dǎo)體中的逆變器和交直流變換器以及移動基站。IQE 。公司成立于 1988 年，總部位于英國卡迪夫，是全球領(lǐng)先的設(shè)計和制造先進的半導(dǎo)體外延產(chǎn)品的公司之一。下游市場主要為電子、汽車、航天等領(lǐng)域。公司 2018 年共實現(xiàn)營收 1.56 億英鎊。

二、需求

氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料，有更高的禁帶寬度，是迄今理論上電光、光電轉(zhuǎn)換效率最高的材料體系，下游應(yīng)用包括微波射頻器件（通信基站等），電力電子器件（電源等），光電器件（LED 照明等）。

目前采用氮化鎵的微波射頻器件主要用于軍事領(lǐng)域、4G/5G 通訊基站等，由于涉及軍事安全，國外對高性能氮化鎵器件實行對華禁運。因此，發(fā)展自主氮化鎵射頻功放產(chǎn)業(yè)，有助于打破國外壟斷，實現(xiàn)自主可控。

得益于 GaN 可處理更高頻率和更高能效的電源，相比硅組件，GaN 可以在尺寸和能耗減半的條件下輸送同等的功率，從而提高功率密度，幫助客戶在不增大設(shè)計空間的同時滿足更高的功率要求。而大范圍的 5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求運營商部署更高功率和運行頻率的設(shè)備，GaN 的功率密度優(yōu)勢可以滿足他們的需求。

據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截至2017年12月底中國4G宏基站數(shù)量為328萬座。中國 5G 宏基站數(shù)量有望達到 500 萬座，為 4G 基站數(shù)量的 1.5 倍。宏基站建設(shè)將會拉動基站端 GaN 射頻器件的需求量，考慮到 5G 基站的建設(shè)周期，預(yù)計到 2023 年基站端 GaN 射頻器件規(guī)模達到頂峰，達到 112.6 億元。

2019-2024年中國 5G 基站新增數(shù)量及預(yù)測（萬站）

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2019-2024年宏基站 PA 市場規(guī)模預(yù)測

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2019-2024年基站端GaN射頻器件規(guī)模及預(yù)測

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由于 5G 蜂窩網(wǎng)絡(luò)布局有一定的極限，為了滿足熱點地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)需求，在宏基站之外，還需要布臵小基站組成微蜂窩網(wǎng)絡(luò)。由于小基站不能對宏基站造成干擾，頻率較宏基站更高，以 Sub-6GHZ 為主，GaN 射頻器件是很好的選擇。據(jù)拓璞產(chǎn)業(yè)研究院援引賽迪智庫測算數(shù)據(jù)，中國 5G 網(wǎng)絡(luò)小基站需求約為宏基站的 2 倍，即需要 1000 萬站小基站。按照每個小基站需要 2 個放大器，小基站建設(shè)進度落后宏基站 1 年測算，到 2024年基站端 GaN 射頻器件規(guī)模達到峰值，可達 9.4 億元。

2020-2025年中國 5G 小基站 GaN射頻器件市場規(guī)模預(yù)測

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1、電子電力器件

GaN 作為第三代半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于功率電子器件中，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2018 年 GaN 功率器件國際市場規(guī)模中，電源設(shè)備領(lǐng)域占比 55%，其次是激光雷達，占比達到 26%，其他下游應(yīng)用如包絡(luò)跟蹤、無線電源等。目前我們使用的電子及電源設(shè)備，如個人電腦適配器、音頻/視頻接收器和數(shù)字電視等，有著占用空間大、不美觀、發(fā)熱導(dǎo)致電量損耗等缺點，而 GaN 能夠減少電源體積，同時提升效率。

不僅如此，GaN 在電源設(shè)備的應(yīng)用還包括手機的快速充電及無線充電等，我們認為隨著消費電子朝小型化，智能化發(fā)展，GaN 將擁有更多應(yīng)用場景。

2018 年GaN 功率器件國際市場分布占比

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2018 年 GaN 功率電子器件國內(nèi)市場規(guī)模約為 1.2億元，尚處于應(yīng)用產(chǎn)品發(fā)展初期，但未來市場空間有望持續(xù)拓展，在市場樂觀預(yù)期下 2023年 GaN 功率電子市場規(guī)模有望達到 4.24 億美元。

2、其他需求

GaN 和 SiC 器件進入光伏市場，將為小型系統(tǒng)帶來更大的競爭優(yōu)勢，主要包括：更低的均化電力成本，提升通過租賃和電力購買協(xié)議而銷售的電能利潤。此外，這些器件還能改善性能和可靠性。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，受太陽能模組的下游需求驅(qū)動，寬禁帶半導(dǎo)體——即碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)將引領(lǐng)太陽能逆變器隔離器市場在 2020 年達到 14 億美元。

在軍用市場，GaN 射頻器件需求快速增長，據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，僅戰(zhàn)斗機雷達對 GaN 射頻功率模塊的需求就將達到 7500 萬只。目前，美國海軍新一代干擾機吊艙及空中和導(dǎo)彈防御雷達（AMDR）已采用 GaN 射頻功放器件替代 GaAs 器件。預(yù)測，2020 年末，GaN 射頻器件市場規(guī)模將達到 7.5 億美元，年均復(fù)合增長率 20%。

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